C语言之预处理

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本文详细介绍了C语言的预处理命令，包括文件包含命令、宏定义（带参宏定义、宏参数的字符串化和连接）、预定义宏、条件编译（#if、#ifdef、#ifndef）以及#error命令。预处理在编译前对源代码进行处理，如宏替换、条件编译等，是C语言的重要组成部分。

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一、预处理命令

C语言源文件要经过编译、链接才能生成可执行程序：

编译（Compile）会将源文件（.c文件）转换为目标文件。对于VC/VS，目标文件后缀为 .obj；对于GCC，目标文件后缀为 .o。编译是针对单个源文件的，一次编译操作只能编译一个源文件，如果程序中有多个源文件，就需要多次编译操作。

链接（Link）是针对多个文件的，它会将编译生成的多个目标文件以及系统中的库、组件等合并成一个可执行程序。

在实际开发中，有时候在编译之前还需要对源文件进行简单的处理，称为预处理（即预先处理、提前处理）。

预处理指令是以#号开头的代码行，#号必须是该行除了任何空白字符外的第一个字符。#后是指令关键字，在关键字和#号之间允许存在任意个数的空白字符，整行语句构成了一条预处理指令，该指令将在编译器进行编译之前对源代码做某些转换。

预处理命令要放在所有函数之外，而且一般都放在源文件的前面。

预处理是C语言的一个重要功能，由预处理程序完成。当对一个源文件进行编译时，系统将自动调用预处理程序对源程序中的预处理部分作处理，处理完毕自动进入对源程序的编译。

编译器会将预处理的结果保存到和源文件同名的.i文件中，例如 main.c 的预处理结果在 main.i 中。和.c一样，.i也是文本文件，可以用编辑器打开直接查看内容。

文件包含命令

#include是文件包含命令，主要用来引入对应的头文件。

#include的处理过程很简单，就是将头文件的内容插入到该命令所在的位置，从而把头文件和当前源文件连接成一个源文件，这与复制粘贴的效果相同。

#include有两种使用方式，包含标准库的头文件建议用尖括号，包含自定义的头文件建议用双引号。

一个#include命令只能包含一个头文件，多个头文件需要多个#include命令。

文件包含允许嵌套，也就是说在一个被包含的文件中又可以包含另一个文件。

二、宏定义

宏定义是预处理命令的一种，它允许用一个标识符来表示一个字符串。

宏定义的一般格式：

#define 宏名 字符串

在编译预处理时，对程序中所有出现的“宏名”，都用宏定义中的字符串去代换，这称为“宏代换”或“宏展开”。宏定义是由源程序中的宏定义命令#define完成的，宏代换是由预处理程序完成的。

宏名是标识符的一种，命名规则和标识符相同。宏定义是用宏名来表示一个字符串，在宏展开时又以该字符串取代宏名，这只是一种简单的替换。字符串中可以含任何字符，但它不需要双引号，预处理程序对它不作任何检查，如有错误，只能在编译已被宏展开后的源程序时发现。

宏定义不是说明或语句，在行末不必加分号，如加上分号则连分号也一起替换。

宏定义必须写在函数之外，其作用域为宏定义命令起到源程序结束，如要终止其作用域可使用#undef命令：

#define PI 3.14159
int main(){……}
#undef PI

宏名在源程序中若用引号括起来，则预处理程序不对其作宏代换：

#define OK 100
……
printf("OK\n");

宏定义允许嵌套，在宏定义的字符串中可以使用已经定义的宏名，在宏展开时由预处理程序层层代换。

习惯上宏名用大写字母表示，以便于与变量区别，但也允许用小写字母。

带参宏定义

C语言允许宏带有参数。

带参宏定义的一般格式：

 #define 宏名(形参列表) 字符串

在宏定义中的参数称为形式参数，在宏调用中的参数称为实际参数，这点和函数有些类似。

对带参数的宏，在调用中，不仅要宏展开，而且要用实参去代换形参。

带参宏调用的一般形式为：宏名(实参列表);

在带参宏定义中，不会为形式参数分配内存，因此不必指明数据类型。而在宏调用中，实参包含了具体的数据，要用它们去代换形参，因此必须指明数据类型。

在宏定义中，对于带参宏定义不仅要在参数两侧加括号，还应该在整个字符串外加括号。

带参数的宏和函数很相似，但有本质上的区别：宏展开仅仅是字符串的替换，不会对表达式进行计算；宏在编译之前就被处理掉了，它没有机会参与编译，也不会占用内存。而函数是一段可以重复使用的代码，会被编译，会给它分配内存，每次调用函数，就是执行这块内存中的代码。

宏参数的字符串化、连接

# 用来将宏参数转换为字符串，也就是在宏参数的开头和末尾添加引号。

格式：

#define STR(s) #s

## 称为连接符，用来将宏参数或其他的串连接起来。

格式：

#define CON1(a, b) a##e##b

预定义宏

预定义宏就是已经预先定义好的宏，可以直接使用而无需再重新定义。

ANSI C 规定了以下几个预定义宏，它们在各个编译器下都可以使用：

__LINE__：表示当前源代码的行号；

__FILE__：表示当前源文件的名称；

__DATE__：表示当前的编译日期；

__TIME__：表示当前的编译时间；

__STDC__：当要求程序严格遵循ANSI C标准时该标识被赋值为1；

__cplusplus：当编写C++程序时该标识符被定义。

使用演示：

printf("Date : %s\n", __DATE__);

三、条件编译

根据不同情况编译不同代码、产生不同目标文件的机制，称为条件编译。条件编译是预处理程序的功能，不是编译器的功能。条件编译都是在预处理阶段完成的，多余的代码以及所有的宏都不会参与编译，不仅保证了代码的正确性，还减小了编译后文件的体积。

#if 后面跟的是“整型常量表达式”，而 #ifdef 和 #ifndef 后面跟的只能是一个宏名，不能是其他的。

#if 命令

格式：

#if 整型常量表达式1
    程序段1
#elif 整型常量表达式2
    程序段2
...

#else
    程序段4
#endif

#if 命令要求判断条件为“整型常量表达式”，也就是说，表达式中不能包含变量，而且结果必须是整数。这是 #if 和 if 的一个重要区别。

#elif 和 #else 也可以省略

#ifdef 命令

#ifdef 可以认为是 #if defined 的缩写。

格式：

#ifdef  宏名
    程序段1
#else
    程序段2
#endif

它的意思是，如果当前的宏已被定义过，则对“程序段1”进行编译，否则对“程序段2”进行编译。

也可以省略 #else。

VS/VC 有两种编译模式，Debug 和 Release。在学习过程中，我们通常使用 Debug 模式，这样便于程序的调试；而最终发布的程序，要使用 Release 模式，这样编译器会进行很多优化，提高程序运行效率，删除冗余信息。

为了能够清楚地看到当前程序的编译模式，可以在程序中增加提示：

#include <stdio.h>

int main(){

#ifdef _DEBUG

printf("正在使用 Debug 模式编译程序...\n");

#else

printf("正在使用 Release 模式编译程序...\n");

#endif

return 0;

}

当以 Debug 模式编译程序时，宏 _DEBUG 会被定义，预处器会保留第 5 行代码，删除第 7 行代码。反之会删除第 5 行，保留第 7 行。

#ifndef 命令

#ifndef 可以认为是 #if no defined 的缩写，与 #ifdef 的功能正好相反。

格式：

#ifndef 宏名
    程序段1 
#else 
    程序段2 
#endif

四、#ererror命令

#error 指令用于在编译期间产生错误信息，并阻止程序的编译。

格式：

#error error_message

报错信息不需要加引号" "，如果加上，引号会被一起输出。

如果程序针对Linux编写，不保证兼容Windows，可以这样做：

#ifdef WIN32
#error This programme cannot compile at Windows Platform
#endif

WIN32 是Windows下的预定义宏。当用户在Windows下编译该程序时，由于定义了WIN32这个宏，所以会执行#error命令，提示用户发生了编译错误，错误信息是：This programme cannot compile at Windows Platform 。

五、自定义头文件

如果有两个C文件都include了同一个头文件，这两个C文件要一同编译成一个可运行文件时，就会有声明冲突，所以就会报重定义错误。加上ifndef/define/endif，就可以防止这种重定义错误。

不管头文件会不会被多个文件引用，你都要加上这个。

格式：

#ifndef   <标识 >   
#define   <标识 >   
...
#endif   <标识 >

在理论上来说可以是自由命名的，但每个头文件的这个“标识”都应该是唯一的。标识的命名规则一般是头文件名全大写，前后加下划线，并把文件名中的“.”也变成下划线，如：stdio.h 变为 _STDIO_H_ 。

在#ifndef中定义变量出现的问题（一般不定义在#ifndef中）。

#ifndef   AAA   
#define   AAA   
...
int   i;   
...
#endif

里面有一个变量定义在vc中链接时就出现了i重复定义的错误，而将.cpp改成.c文件则成功编译。

原因：

因为头文件中定义了一次 i(int i),如果.cpp中又int i,那么i就被定义两次了，编译生成.obj（二进制目标文件）时就会出现重复定义.

把源程序文件扩展名改成.c后，VC按照C语言的语法对源程序进行编译，而不是C++。在C语言中，若是遇到多个int i，则自动认为其中一个是定义，其他的是声明。

C语言和C++语言连接结果不同，可能（猜测）时在进行编译的时候，C++语言将全局变量默认为强符号，所以连接出错。C语言则依照是否初始化进行强弱的判断的。

参考解决方法：

把源程序文件扩展名改成.c。

推荐解决方案：

.h中只声明 extern

int i; 在.cpp中定义：

#ifndef __X_H__

#define __X_H__

extern int i;

#endif //__X_H__ int i;

注意问题：变量一般不要定义在.h文件中。